【正文】 的潔凈的凝結(jié)水。有些舊式中，小型凝汽器，其中全部蒸汽都流經(jīng)管束凝結(jié)成水，然后流向凝汽器底部，凝結(jié)水沒有得到加熱作用，過冷度較大，稱之為非回?zé)崾侥鳌，F(xiàn)代大型電站凝汽器均取這種型式綜上所述，大型電站凝汽器是一種以水做冷卻介質(zhì)的表面式，回?zé)崾侥鳌?冷卻管腐蝕與選材[3]冷卻管是凝汽器最重要的零件，重量上它約占整個凝汽器的八分之一到四分之一，造價約占四分之一到二分之一。根據(jù)冷卻水水質(zhì)及凝汽器的設(shè)計參數(shù)和工作條件，正確選用冷卻管和管板材料，合理選擇冷卻管與管板的密封連接形式，才能確保凝汽器冷卻水水密性。正確選用冷卻管和管板的材料，合理選擇冷卻管與管板的密封連接形式，是保證凝汽器水密性的最重要的前提，最根本的措施，因而是凝汽器設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。不同金屬材料的耐腐蝕性能，既取決于材料本身的特性，也取決于冷卻水水質(zhì)等條件。在給定的冷卻水水質(zhì)條件下，具有適度優(yōu)良的耐腐蝕性能，是冷卻管選材追求的主要目標(biāo)。按照我國水利電力部“火力發(fā)電廠凝汽器管選材導(dǎo)則”（SD11684）的提法，冷卻管材的選用原則為：“所選用的凝汽器管，在采用一般維護(hù)措施的條件下，不出現(xiàn)管材的嚴(yán)重腐蝕和泄漏，使用壽命能在20年以上。還必須指出，在正確選定冷卻管材料品種牌號規(guī)格后，制定管材合理的技術(shù)條件，嚴(yán)格的檢驗規(guī)程，科學(xué)的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，也是非常重要的，廣義地說這些也都屬于冷卻管選材的范圍。不同來源冷卻水的水質(zhì)差別很大。電站用水的水質(zhì)指標(biāo)有20多種。（1）溶解固形物含量和氯離子含量根據(jù)冷卻水中溶解固形物的含量，區(qū)分為淡水，咸水和海水，是國內(nèi)外用于選用凝汽器冷卻管和管板材料的最普遍的方法。水中各種鹽類對材料的耐腐蝕性能的影響各不相同，其中氯化物影響較大，含量變化范圍也很大。在我國，按照溶解固形物含量范圍，區(qū)分冷卻水不同名稱的情況見表21。日本則僅僅把冷卻水區(qū)分為淡水和海水，而沒有明確規(guī)定各自的溶解固形物或氯化物的含量范圍。特別是靠近海邊的江河水，由于海水倒灌，變化更大。一般認(rèn)為，短期較高的溶解固形物或氯化物含量，一年中連續(xù)時間不應(yīng)超過兩個月。不可溶解的固形物統(tǒng)稱為懸浮物。這種雜質(zhì)在水中是不穩(wěn)定的，很容易除去。懸浮物名稱的由來，是因為他們常常懸浮在水流中。在分析研究冷卻管和管板耐腐蝕性能時，簡稱含砂量。冷卻水中的懸浮物及含砂量，受氣候條件（洪水，刮風(fēng)，下雨等），季節(jié)，海水倒灌，電廠投產(chǎn)后水流速的增加等許多因素影響，變化范圍很大，因此也應(yīng)有長期平均值和短時最高值的區(qū)分。（3）冷卻水的污染由于近代工業(yè)化發(fā)展的結(jié)果，許多天然水（自然水）受到不同程度的污染，其中有些污染物質(zhì)對冷卻管和管板有頗大的腐蝕作用，因此冷卻水的污染程度是評價冷卻水水質(zhì)的重要指標(biāo)，也是冷卻管和管板選材的一種依據(jù)。表23 污染冷卻水的判斷污染物質(zhì)硫氨溶解氧化學(xué)耗氧量符號[S2][NH3][O2]COD（高錳酸鉀法）單位mg/Lmg/Lmg/Lmg/L潔凈水144污染水144（4）冷卻水的酸堿性純水是一種極弱的電解質(zhì)，它只能微弱地電離為氫離子[H+]和氫氧離子[OH]。一般冷卻水中，[H+] 和[OH]的值都很小，但不同條件下變化范圍較大。中性水的PH=7；酸性水的PH7；且PH值越小，酸性越強；堿性水的PH7，且PH值越大，堿性越強。我國幅員遼闊，各地地理，地質(zhì)，氣候條件差別很大，關(guān)于主要江河，湖泊，海區(qū)的水文，水質(zhì)條件，尚缺乏完整，齊全的資料。當(dāng)某個或某幾個水質(zhì)指標(biāo)對冷卻管選材起關(guān)鍵作用時，往往要專門取樣分析或輔之于必要的試驗研究。（5）冷卻水流速冷卻管內(nèi)冷卻水流速對凝汽器傳熱性能有很大影響。冷卻管內(nèi)冷卻水流速往往同冷卻水水質(zhì)并列作為冷卻管選材的依據(jù)。從冷卻管的腐蝕與選材角度上說，冷卻水流速過高，過低均不利，也有一個恰當(dāng)范圍值。 腐蝕概念[3]（1）金屬腐蝕的定義金屬與周圍介質(zhì)（對于凝汽器，主要指冷卻水）相接觸，產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)作用而遭受破壞的過程稱為腐蝕?？傊g是發(fā)生在材料與介質(zhì)之間界面上的物理化學(xué)過程，設(shè)計材料，介質(zhì)和界面三個環(huán)節(jié)。腐蝕科學(xué)是一門綜合性的實驗科學(xué)。腐蝕研究對國民經(jīng)濟的發(fā)展有重大意義。化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕中很次要的部分，主要的，有決定性意義的部分是電化學(xué)腐蝕。在CuSO4溶液中插入銅電極，在ZnSO4溶液中插入鋅電極，在兩極間的外電路接通后便有電流通過，這是原電池的簡單工作原理。在腐蝕原電池中之所以形成陰、陽極并在外電路中有電流通過，是因為各種金屬在電解質(zhì)中具有不同電極電位的緣故。此時電極電位維持一穩(wěn)定值，稱為平衡電極電位。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指，電極為純金屬，在25℃、溶液中該金屬離子的濃度為1mol/L。表24 金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位金屬名稱電離式標(biāo)準(zhǔn)電極電位，V鈦Ti→Ti+++2e鋁AL→AL++++3e錳Mn→Mn+++2e鋅Zn→Zn+++2e鉻Cr→Cr++++3e鐵Fe→Fe+++2e鎳Ni→Ni+++2e錫Sn→Sn+++2e鉛Pb→Pb+++2e鐵Fe→Fe++++3e銅Cu→Cu+++2e+銅Cu→Cu++e+（4）腐蝕電池的類型腐蝕原電池簡稱腐蝕電池，根據(jù)其電極的大小，可分為腐蝕宏電池和腐蝕微電池兩種類型。金屬表面因電化學(xué)不均勻性而成為無數(shù)用肉眼難以分辨的微小電極，稱為腐蝕微電池。（5）腐蝕速度與極化具備了腐蝕電池的形成條件，只能說有了產(chǎn)生腐蝕的可能性，或者說有了腐蝕的傾向。腐蝕電池的陰、陽極電位若在腐蝕過程中保持起始值不變，則腐蝕將持續(xù)發(fā)展下去，后果嚴(yán)重。極化現(xiàn)象有三種：與粒子的擴散和積聚相關(guān)的濃茶極化；與粒子活化能相關(guān)的活化極化；與金屬表面膜相關(guān)的阻力極化。反之，消除或減少極化現(xiàn)象的作用稱為去極化作用，它會使金屬加速腐蝕。最常見而又最重要的陰極去極化是氫去極化和氧去極化兩種。氧去極化是溶液中的O2與電子結(jié)合生成OH離子或H2O，稱為吸氧反應(yīng)或耗氧反應(yīng)。鈍化是一種特殊的陽極極化，當(dāng)陽極電流產(chǎn)生后，金屬表面形成一層極薄的鈍化膜（氧化膜或氣體吸附膜），該膜電阻很大，引起劇烈的阻力極化，使金屬轉(zhuǎn)為腐蝕上的鈍態(tài)。鈍化劑（各種氧化劑）能促使金屬的鈍化。 冷卻管選材[3][4]凝汽器管材選擇對凝汽器及整個電廠的安全運行有著極重要的意義，對投資和運行維修費用的影響也不容忽視。如果將凝汽器微小滲漏造成水汽品質(zhì)惡化，汽輪機鍋爐結(jié)垢腐蝕，甚至爆管等事故也計算在內(nèi)，這個比例就更大了。與凝汽器管材密切相關(guān)的“鍋爐給水的銅污染”對超臨界壓力直流爐和核電站的安全運行威脅更大，而用不銹鋼代替銅合金的“無銅系統(tǒng)”則不存在這個問題。某廠125MW機組凝汽器運行才34個月，由于腐蝕造成銅管大面積泄漏，不得不全部換管，管材費用達(dá)200多萬元。在這方面，各國做法不盡相同，國內(nèi)也沒有統(tǒng)一的，確切的標(biāo)準(zhǔn)。表25 冷卻管選材參考（1）管材冷卻水水質(zhì)流速，m/s海軍黃銅管淡水～帶涂料鋼管淡水～鋁黃銅管海水～銅鎳管海水～不銹鋼管淡水～鈦管海水，污染海水～錫青銅管污染海水～冷卻管選材的另一參考資料如表26所示，其中關(guān)于各種不同含鹽量的冷卻水的名稱及統(tǒng)稱叫法可參看表21。表26 冷卻管選材參考（2）管材冷卻水條件備注H68或H70（普通黃銅管）無砷含鹽量200～300mg/L,流速≤2m/s易脫鋅含砷含鹽量800mg/L的清潔水，流速≤2m/sHSn701（錫黃銅管，亦稱海軍黃銅管）無砷含鹽量800mg/L,流速≤2m/s此管材不常使用，它比無砷的H68耐腐蝕含砷含鹽量2000mg/L，流速≤2m/s的有輕度污染或懸浮物的水HA1772（鋁黃銅管）清潔海水，流速≤3m/sB30（銅鎳管）當(dāng)海水流速較高而黃銅管發(fā)現(xiàn)沖擊腐蝕時采用此管材抗氨腐蝕性能良好，但對應(yīng)力裂紋敏感，使用于凝汽器空氣冷卻區(qū)在表25和表26所給出的選材標(biāo)準(zhǔn)中，都沒有在含鹽量中區(qū)分出氯化物或氯離子的影響，沒有明確對懸浮物特別是含砂量的限制要求，也沒有明確對污染海水的限制。其主要內(nèi)容包含在表27（規(guī)定鈦管與B10管系列試用，未列入表中）及其六條補充說明中。當(dāng)懸浮物中含砂量較少，含細(xì)泥較多時，表列允許含量可適當(dāng)放寬。（2）關(guān)于冷卻水污染的影響目前國產(chǎn)冷卻管一般僅適用于潔凈水中，當(dāng)冷卻水為污染水時，應(yīng)酌情采取加氯處理，膠球清晰，硫酸亞鐵處理或限制排廢等措施。（3）關(guān)于空氣冷卻區(qū)的管材對于容量等于大于200MW的機組，當(dāng)空氣冷卻區(qū)布置在管束中部或空氣冷卻區(qū)黃銅管已發(fā)現(xiàn)氨腐蝕時，空氣冷卻區(qū)管材推薦采用B30。（5）關(guān)于B10管B10管在潔凈的海水中也較耐蝕，但缺乏耐沖擊腐蝕的使用經(jīng)驗，選用時應(yīng)通過專門的試驗確定。 海優(yōu)和不銹鋼簡介[4][24]不銹鋼管品種很多，在淡水和微咸水中常用奧氏體不銹鋼304，316型，在微咸水和咸水中常用317型，在海水中常用AL6XN和鐵素體不銹鋼海優(yōu)、AL294C。不銹鋼的強度比銅管，鈦管高。熱膨脹系數(shù)與銅管相比更接近鋼。不銹鋼管耐沖蝕，可大幅度提高管內(nèi)冷卻水流速。凝汽器工況條件下，不銹鋼管一般無應(yīng)力腐蝕。即使在含鹽量較高的水中，碳鋼管板可以涂刷柔韌性好的環(huán)氧樹脂，再采用陰極保護(hù)，就能較徹底地消除管板的電偶腐蝕，還可消除微小縫隙。新凝汽器完全可以采用復(fù)合不銹鋼管板，脹接加焊接，這樣就沒有管子對管板的電偶腐蝕問題了。影響沉積物下腐蝕的因素很復(fù)雜，主要有CL濃度，水質(zhì)工況，沉積物形成的縫隙的尺寸、溫度、不銹鋼品種等等。有的凝汽器30316不銹鋼管在保持清潔的條件下CL濃度高達(dá)2103也能長期運行而不腐蝕。普通不銹鋼管（30316型）發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，一般是由于長期停用，沉積物下CL因水的蒸發(fā)濃縮而引起的。當(dāng)然，同其它材料材料一樣，不銹鋼管也存在微生物腐蝕。由于海優(yōu)不銹鋼添加了Ni，因此它的韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度比不含Ni的同類忒素體鋼低。海優(yōu)是專門針對在氯化物環(huán)境中可能發(fā)生的氯致點腐蝕，縫隙腐蝕及氯應(yīng)力腐蝕開裂而設(shè)計的合金材料。測試結(jié)果證實海優(yōu)不銹鋼抗一般腐蝕的耐蝕性比奧氏體不銹鋼更優(yōu)秀。 圖 29海優(yōu)不銹鋼是專門為抵抗氯化物溶液（如海水）中的局部點蝕和縫蝕而研制的材料。測試結(jié)果：在常溫自然海水中，經(jīng)過33個月測試，海優(yōu)不銹鋼沒有任何腐蝕，而同樣條件下。如果以一臺熱交換器或凝汽器的管與管板使用不同材料，并且與可導(dǎo)電的水（通常溶解物超過1000PPM）接觸，就可能發(fā)生電化腐蝕。在電化學(xué)穩(wěn)定性的序列中，它僅略低于鈦、金和鉑金，但遠(yuǎn)高于銅合金，銅鎳合金或碳鋼。通常采用陰極保護(hù)法保護(hù)管板，或在管板表面涂一種環(huán)氧樹脂類圖層。海優(yōu)不銹鋼的特殊物理性能有熱脹系數(shù)低，導(dǎo)熱率高、因彈性模量高而剛性高，其抗振動疲勞損壞的性能比其它工程材料強。導(dǎo)熱率與Ti相近，但比鎳含量較多的奧氏體不銹鋼高。圖210所示是部分材料與海優(yōu)的物理性能比較。金屬材料名稱電極電位，V（相對于甘汞電極）鋅鋁碳鋼硬鋁鑄鐵黃銅～不銹鋼銅青銅～表31 金屬在海水中的電極電位電偶腐蝕首先決定于兩種金屬在該介質(zhì)中的電偶序。表31列出凝汽器常用材料在海水中的相對于甘汞電極（其電位相對于氫電極為+）的電極電位值。表32 金屬在海水中的電偶序序號金屬材料名稱1鎂2鋅3鋁4鎘5軟鋼，鑄鐵613%鉻不銹鋼（活化）7鉻鎳不銹鋼（活化）8鉛9錫10鈦（活化）11鎳（活化）12銅鎳合金，銅，青銅，黃銅13鎳（鈍態(tài)）14不銹鋼（鈍態(tài)）15銀16鈦（鈍態(tài)）17金18鉑 電偶腐蝕的速度還決定于陰、陽極面積比。大陰極小陽極時，陰極腐蝕速度加快?？傊?，電偶腐蝕不僅決定于兩種金屬之間的電位差，還必須考慮陰、陽極面積比和電極極化結(jié)果。據(jù)世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的調(diào)查統(tǒng)計，%～%。而美國全年水災(zāi)，火災(zāi)，地震和颶風(fēng)所造成的損失，據(jù)估計也不過123億美元。據(jù)報道，1986年美國的腐蝕損失竟高達(dá)1700億美元。損失之巨，令人觸目驚心。直接損失包括更換已被腐蝕的設(shè)備，為防止腐蝕所進(jìn)行的陰極保護(hù)，向水中添加緩蝕劑，選用耐蝕合金代替碳鋼等。間接損失遠(yuǎn)大于直接損失，例如電廠鍋爐的一根水冷壁管只值幾百元，而腐蝕引起爆管，導(dǎo)致停電，甚至大批工廠停工的間接損失是十分嚴(yán)重而又難以估計的。腐蝕不僅引起嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，而且對人民生活，生命財產(chǎn)也帶來嚴(yán)重威脅。例如，1988年元旦，我國某電廠由于水冷壁管腐蝕，導(dǎo)致發(fā)生一人燙死，六人燙傷的重大事故。腐蝕還造成金屬資源和能源的大量浪費。若以我國1986年年產(chǎn)粗鋼5000萬t計，取下限10%，則每年也要有500萬t鋼被腐蝕掉。凝汽器管板的腐蝕在發(fā)電廠中是普遍存在的一個問題，主要是由于循環(huán)水濃縮使含鹽量增加（或開放式使用海水），高含鹽量的水電阻變小，腐蝕電流增大，致使管板金屬表面的氧化膜遭到破壞，在水中溶解氧的作用下形成明顯的腐蝕坑或鼓包。此外，金屬腐蝕問題得不到解決，許多新技術(shù)無法實現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬腐蝕與防護(hù)越來越引起人們的關(guān)注。金屬表面由活性溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g性狀態(tài)的過程稱為鈍化過程。但在某些特定的介質(zhì)條件下，一些較活潑的金屬卻表現(xiàn)出較好的甚至很優(yōu)秀的耐蝕性。隨著HNO3濃度增大，鐵的腐蝕速度急增，析氫也更激烈，但當(dāng)HNO3濃度達(dá)到某個臨界數(shù)值后，鐵的腐蝕速度立即減小到極其微小的速度，析氫現(xiàn)象也幾乎停止。這時，鐵已從活化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)，即鈍性狀態(tài)。這說明鐵此時仍能保持其鈍性狀態(tài)。相應(yīng)地，金屬發(fā)生活化鈍化轉(zhuǎn)變過程有著許多重要的特征和規(guī)律，主要有：